Еще тридцать–сорок лет назад строительная сталь и современный прокат — это фактически два разных материала. Внешне двутавр или лист могут выглядеть одинаково, но их поведение при сварке, морозе, динамических нагрузках и аварийных воздействиях отличается кардинально. Причина — полная перестройка металлургии, изменение требований СП и переход к сталям нового поколения.
Раньше основой строительного проката были стали уровня ГОСТ 27772-88. Для своего времени они считались нормальными, но металлургия тогда находилась на совершенно другом технологическом уровне. Сталь выплавляли в мартеновских печах, разливали в огромные слитки массой до десятков тонн, затем прокатывали и при необходимости отдельно подвергали термообработке. Всё это требовало колоссальных энергозатрат и при этом не позволяло получать металл высокой чистоты. В старых сталях содержание углерода было заметно выше, а вредных примесей — серы и фосфора — могло доходить до 0,04–0,05%. Именно эти примеси сильно ухудшали свариваемость, ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.
Раньше основой строительного проката были стали уровня ГОСТ 27772-88. Для своего времени они считались нормальными, но металлургия тогда находилась на совершенно другом технологическом уровне. Сталь выплавляли в мартеновских печах, разливали в огромные слитки массой до десятков тонн, затем прокатывали и при необходимости отдельно подвергали термообработке. Всё это требовало колоссальных энергозатрат и при этом не позволяло получать металл высокой чистоты. В старых сталях содержание углерода было заметно выше, а вредных примесей — серы и фосфора — могло доходить до 0,04–0,05%. Именно эти примеси сильно ухудшали свариваемость, ударную вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.
Особенно проблемными были высокопрочные стали старого поколения. Формально они имели высокий предел текучести, но в реальной эксплуатации часто вызывали опасения. Причина заключалась в сочетании высокого содержания углерода, большого количества вредных примесей и несовершенной структуры металла. Такие стали хуже сваривались, были более чувствительны к образованию хрупких зон в районе сварного шва и могли терять пластичность при низких температурах. Именно поэтому в реальном строительстве чаще всего использовали либо спокойную Ст3, либо С345, а многие другие марки практически не применялись.
Ситуация начала меняться в 90-х годах, когда появились так называемые стали второго поколения. Главным отличием стало резкое снижение количества вредных примесей. Например, содержание серы уменьшили примерно до 0,015%, а в дальнейшем — ещё ниже. Это сразу привело к росту ударной вязкости, улучшению свариваемости и повышению надежности металлоконструкций. Именно тогда широкое распространение получила сталь 10ХСНД, которая до сих пор активно используется в ответственных конструкциях.
Но настоящий прорыв произошёл позже, когда металлургия полностью изменила технологию производства. Вместо старой схемы со слитками начали применять непрерывную разливку, ковшовую металлургию, вакуумирование и термомеханическую обработку. Теперь металл после плавки проходит дополнительную обработку в ковше: снижается содержание серы и фосфора, вводятся модифицирующие добавки, сталь перемешивается аргоном и вакуумируется. После этого металл непрерывно разливается в заготовки, а затем сразу поступает на современные прокатные станы.
Ситуация начала меняться в 90-х годах, когда появились так называемые стали второго поколения. Главным отличием стало резкое снижение количества вредных примесей. Например, содержание серы уменьшили примерно до 0,015%, а в дальнейшем — ещё ниже. Это сразу привело к росту ударной вязкости, улучшению свариваемости и повышению надежности металлоконструкций. Именно тогда широкое распространение получила сталь 10ХСНД, которая до сих пор активно используется в ответственных конструкциях.
Но настоящий прорыв произошёл позже, когда металлургия полностью изменила технологию производства. Вместо старой схемы со слитками начали применять непрерывную разливку, ковшовую металлургию, вакуумирование и термомеханическую обработку. Теперь металл после плавки проходит дополнительную обработку в ковше: снижается содержание серы и фосфора, вводятся модифицирующие добавки, сталь перемешивается аргоном и вакуумируется. После этого металл непрерывно разливается в заготовки, а затем сразу поступает на современные прокатные станы.
Одним из важнейших достижений стала термомеханическая обработка. В отличие от старых технологий, где свойства получали в основном за счёт высокого содержания углерода или отдельной закалки, современные стали упрочняются благодаря формированию очень мелкой структуры металла. Размер зерна уменьшается в десятки раз — примерно с 35 микрон у старых сталей до единиц микрон у современных. Это даёт сразу несколько преимуществ: растёт предел текучести, повышается ударная вязкость, увеличивается сопротивление распространению трещин и улучшается работа металла при динамических нагрузках.
Особенно важно то, что современные стали одновременно стали прочнее и пластичнее. Раньше увеличение прочности почти всегда сопровождалось ухудшением свариваемости и ростом хрупкости. Сейчас ситуация противоположная: современные стали высокой прочности могут иметь очень высокую ударную вязкость даже при температурах −40…−60 °C. В докладе отдельно отмечается, что при испытаниях некоторые современные стали сохраняют вязкий характер разрушения даже при температурах порядка −70…−80 °C.
Изменились и сами требования строительных норм. В новых редакциях СП16 были существенно ужесточены требования к химическому составу, ударной вязкости и содержанию вредных примесей. Введены более строгие испытания на образцах с острым надрезом, поскольку старые методы уже перестали различать свойства современных сталей — металл стал слишком вязким.
Интересно, что сегодня многие металлурги и специалисты фактически считают сталь С345 устаревшей. В докладе прямо говорится, что современные заводы при заказе С345 часто выдают прокат со свойствами уровня С355, поскольку благодаря современной металлургии получить более высокий класс прочности уже не представляет сложности.
Современные строительные стали — это уже не просто «железо». Это высокотехнологичный материал со сложной микроструктурой, контролируемой чистотой, управляемым распределением напряжений и заранее заданными эксплуатационными свойствами. Именно благодаря этому сегодня стало возможным строительство высотных зданий, крупных стадионов, длиннопролетных покрытий и сверхнагруженных металлоконструкций, которые ещё несколько десятилетий назад были бы либо слишком тяжёлыми, либо слишком рискованными.
Особенно важно то, что современные стали одновременно стали прочнее и пластичнее. Раньше увеличение прочности почти всегда сопровождалось ухудшением свариваемости и ростом хрупкости. Сейчас ситуация противоположная: современные стали высокой прочности могут иметь очень высокую ударную вязкость даже при температурах −40…−60 °C. В докладе отдельно отмечается, что при испытаниях некоторые современные стали сохраняют вязкий характер разрушения даже при температурах порядка −70…−80 °C.
Изменились и сами требования строительных норм. В новых редакциях СП16 были существенно ужесточены требования к химическому составу, ударной вязкости и содержанию вредных примесей. Введены более строгие испытания на образцах с острым надрезом, поскольку старые методы уже перестали различать свойства современных сталей — металл стал слишком вязким.
Интересно, что сегодня многие металлурги и специалисты фактически считают сталь С345 устаревшей. В докладе прямо говорится, что современные заводы при заказе С345 часто выдают прокат со свойствами уровня С355, поскольку благодаря современной металлургии получить более высокий класс прочности уже не представляет сложности.
Современные строительные стали — это уже не просто «железо». Это высокотехнологичный материал со сложной микроструктурой, контролируемой чистотой, управляемым распределением напряжений и заранее заданными эксплуатационными свойствами. Именно благодаря этому сегодня стало возможным строительство высотных зданий, крупных стадионов, длиннопролетных покрытий и сверхнагруженных металлоконструкций, которые ещё несколько десятилетий назад были бы либо слишком тяжёлыми, либо слишком рискованными.
